DE2421988A1 - ANALOG VOLTAGE SWITCH - Google Patents
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Description
1731 Bd. Haussmann.1731 vol. Haussmann.
Unser Zeichen: ΐ 1574Our reference: ΐ 1574
AnalogspannungsschalterAnalog voltage switch
Die Erfindung betrifft einen Analogspannungsschalter, d.h. eine elektrische Schaltung, die einen Eingang sowie einen Ausgang und ein elektronisches Steuerglied hat, mittels welchem durch Anlegen einer Spannung, die zwei digitale Werte 0 und 1 annehmen kann, der Schaltung entweder eine Impedanz, die im wesentlichen gleich Null ist (Ausgangsspannung gleich Eingangsspannung) , oder eine sehr große Impedanz (Ausgangsspannung gleich Null) gegeben werden kann, und zwar wenn sich die Eingangsspannung kontinuierlich zwischen zwei vorbestimmten Extremwerten ändert.The invention relates to an analog voltage switch, i.e. an electrical circuit having an input as well as an output and an electronic control element, by means of which by applying a voltage, the two digital values 0 and 1 can assume either the circuit has an impedance that is essentially equals zero (output voltage equals input voltage), or a very large impedance (output voltage equal to zero) can be given, namely when the input voltage is continuous changes between two predetermined extreme values.
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Es ist bekannt, solche Schaltungen mittels Feldeffekttransistoren herzustellen. Diese Transistoren werden durch Anlegen einer geeigneten Spannung an ihren Gateanschluß leitend gemacht oder gesperrt. Solche Schaltungen haben den Hauptnachteil, daß ihre Ansprechzeit nicht vernachlässigbar ist. Die Gatezone hat nämlich im Augenblick des Überganges von dem leitenden Zustand in den gesperrten Zustand im allgemeinen keinen leitenden Weg zum Abführen der Ladungen der Gate-Drain-Kapazität.It is known to produce such circuits by means of field effect transistors. These transistors are made conductive or blocked by applying a suitable voltage to their gate terminal. Such circuits have the main disadvantage that their response time is not negligible. the This is because the gate zone has at the moment of transition from the conductive state to the blocked state generally no conductive way to dissipate the charges of the gate-drain capacitance.
Durch die Erfindung soll ein einen Feldeffekttransistor aufweisender Analogspannungsschalter geschaffen werden, der von diesem Nachteil befreit ist.The invention is intended to be a field effect transistor having analog voltage switch can be created, which is freed from this disadvantage.
Der Analogspannungsschalter nach der Erfindung enthält einen Verarmungs-Feldeffekttransistor, dessen Sourceanschluß mit dem Eingang und dessen Drainanschluß mit dem Ausgang verbunden ist. Der Analogspannungsschalter ist dadurch gekennzeichset,daß er mittels eines Spannungsfolgers, der mit dem Drainanschluß oder mit dem Sourceanschluß des Transistors verbunden ist, durch einen Umschalter leitend gemacht wird, welcher einen mit dem Gateanschluß des Transistors verbundenen Ausgang sowie zwei Eingänge, von denen der eine mit dem Ausgang des Spannungsfolgers und der andere mit einer Spannungsquelle verbunden ist, die eine Spannung liefert, mittels welcher der Transistor gesperrt werden kann, und einen Steuereingang hat, der eine Spannung mit zwei Werten empfängt, von welchen der eine den Kontakt zwischen dem Ausgang des Umschalters und dem ersten Eingang sowie einen ersten leitenden Weg zwischen dem Drainanschluß und dem Ausgang des Spannungsfolgers herstellt und das Gatepotential des Transistors gleich seiner Drain- oder Sourcespannung macht, wodurch der Transistor leitend wird, und von welchen der andere die Verbindung des zweiten EingangsThe analog voltage switch according to the invention contains a depletion field effect transistor, whose source connection is connected to the input and whose drain connection is connected to the output. The analog voltage switch is characterized in that it is operated by means of a voltage follower that is connected to the Drain terminal or is connected to the source terminal of the transistor, made conductive by a changeover switch which has an output connected to the gate terminal of the transistor and two inputs, one of which is connected to the output of the voltage follower and the other to a voltage source which supplies a voltage by means of which the transistor can be blocked, and a control input receiving a voltage of two values, one of which is the contact between the output of the switch and the first input and a first conductive path between the drain terminal and the output of the voltage follower and the gate potential of the transistor makes equal to its drain or source voltage, which makes the transistor conductive, and of which the other the connection of the second input
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des Umschalters mit seinem Ausgang ermöglicht und einen zweiten leitenden Weg zwischen dem Gateanschluß des Transistors und einer Vorspannungsbatterie herstellt, so daß der Transistor gesperrt wird.of the switch with its output allows and a second conductive path between the gate terminal of the transistor and a bias battery so that the transistor is blocked.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:The invention will become apparent from the following description can be better understood with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung,Fig. 1 is a basic circuit diagram of the device according to the invention,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, undFig. 2 shows an embodiment of the invention, and
Fig. 3 die auf einem einzigen Substrat integrierte Schaltung von Fig. 2.FIG. 3 shows the circuit of FIG. 2 integrated on a single substrate.
In Fig. 1 ist der Sourceanschluß des Feldeffekttransistors T1, welcher das Hauptglied des Analogspannungsschalters bildet, mit der Eingangsklemme Vß der Vorrichtung verbunden. Die Eingangsklemme V„ empfängt eine Spannung, die sich zwischen zwei vorbestimmten Werten kontinuierlich ändert, beispielsweise zwischen -2 V und +2V. Sein Drainanschluß ist mit der Ausgangsklemme S verbunden, die ihrerseits durch eine Belastung C mit Masse verbunden ist. Außerdem ist sein Drainanschluß mit dem Eingang eines Spannungsfolgers T2 verbunden, dessen Ausgang die Spannung an der Ausgangsklemme S wiedergibt und der in gewisser Weise eine Impedanzanpassungseinrichtung bildet (große Eingangsimpedanz, kleine Ausgangsimpedanz). In Fig. 1, the source terminal of the field effect transistor T 1 , which forms the main element of the analog voltage switch, is connected to the input terminal V ß of the device. The input terminal V "receives a voltage which changes continuously between two predetermined values, for example between -2 V and + 2V. Its drain connection is connected to the output terminal S, which in turn is connected to ground through a load C. In addition, its drain terminal is connected to the input of a voltage follower T 2 , the output of which reproduces the voltage at the output terminal S and which in a certain way forms an impedance matching device (large input impedance, small output impedance).
Der Ausgang des Spannungsfolgers T2 ist mit einem Eingang E^ eines Umschalters I verbunden, dessen anderer Eingang EQ mit einer Spannungsquelle P verbunden ist, deren Spannung, wenn sie an den Gateanschluß des Transistors angelegt ist, in der Lage ist, den Transistor T^ zu sperren. Der Umschalter I hat einen elektronischenThe output of the voltage follower T 2 is connected to an input E ^ of a changeover switch I, the other input E Q of which is connected to a voltage source P whose voltage, when applied to the gate terminal of the transistor, is able to control the transistor T ^ to lock. The switch I has an electronic one
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Steuereingang E , der eine Spannung mit zwei Werten empfängt, die ihm zwei Zustände O bzw. 1 geben.Control input E, which receives a voltage with two values that give it two states O and 1, respectively.
In dem Zustand O ist der Eingang E mit dem Ausgang G verbunden; in dem Zustand 1 ist der Eingang E.. mit dem Ausgang 6 verbunden.In the state O is the input E with the output G tied together; in the state 1 is the input E .. with the Output 6 connected.
Das System arbeitet folgendermaßen:The system works as follows:
a) Zustand 1: Der Eingang E1 ist mit dem Gateanschluß des Transistors T1 verbunden. Daraus folgt, daß der Gateanschluß auf dem Potential des Drainanschlusses des Transistors ist. unabhängig von der Art dieses Transistors ist derselbe, unter der Bedingung, daß sein Kanal für eine Potentialdifferenz von Vds = 0 (Verarmungs-Feldeffekttransistor) vorhanden ist, leitend und V_ = Vn,.a) State 1: The input E 1 is connected to the gate connection of the transistor T 1 . It follows from this that the gate connection is at the potential of the drain connection of the transistor. regardless of the type of this transistor, it is conductive and V_ = V n , on the condition that its channel is present for a potential difference of Vds = 0 (depletion field effect transistor).
b) Zustand 0: Der Ausgang G ist mit dem Eingang E verbunden, der Gateanschluß ist mit der Vorspannungsguelle P verbunden, deren Potential nach Polarität und Amplitude ausreichend groß gewählt ist, so daß der Transistor blockiert wird. Bei dem Übergang von dem leitenden Zustand in den gesperrten Zustand entlädt sich die Gate-Drain-Kapazität dieses Transistors über diesen Stromkreis. Die Transistoren, die gegenwärtig in Nanoelektronik ausgeführt sind, haben eine Gate-Drain-Kapazität, die so klein iet, daß ihre Ladung und ihre Entladung praktisch unbemerkt bleiben, unabhängig von dem Widerstand, über welchen diese Ladung oder diese Entladung erfolgt.b) State 0: The output G is connected to the input E, the gate connection is connected to the bias voltage source P connected, the potential of which is chosen to be sufficiently large in terms of polarity and amplitude, so that the transistor is blocked. Discharges during the transition from the conductive state to the blocked state the gate-drain capacitance of this transistor via this circuit. The transistors that are currently in nanoelectronics have a gate-drain capacitance that is so small that that their charge and discharge go practically unnoticed, regardless of the resistance over which this charge or discharge occurs.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung von Fig. 1. In Fig. 2 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Glieder wie in Fig. 1. Der Folgerverstärker ist ein Feldeffekttransistor T2, dessen Gateanschluß mit dem Drainanschluß des Feldeffekttransistors T1 verbunden ist und dessen DrainanschlußFig. 2 shows an embodiment of the device of Fig. 1. In Fig. 2, the same reference numerals designate the same elements as in Fig. 1. The follower amplifier is a field effect transistor T 2 , the gate terminal of which is connected to the drain terminal of the field effect transistor T 1 and its drain connection
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an dem Pluspol einer Batterie E2 liegt. Der Sourceanschluß des Transistors T, ist mit dem Drainanschluß eines Feldeffekttransistors T_ verbunden, dessen Gateanschluß und Sourceanschluß miteinander und mit dem Pol einer Batterie E3 verbunden sind. Der Transistor T3 ist folglich immer leitend und erfüllt die Aufgabe.eines veränderlichen Widerstandes.is on the positive terminal of a battery E 2 . The source connection of the transistor T is connected to the drain connection of a field effect transistor T_, the gate connection and source connection of which are connected to one another and to the pole of a battery E 3 . The transistor T 3 is consequently always conductive and fulfills the task of a variable resistor.
Der Sourceanschluß des Transistors T2 ist mit dem Drainanschluß eines Feldeffekttransistors T4 verbunden, dessen Sourceanschluß mit dem Gateanschluß des Transistors T1 und dessen Gateanschluß mit dem Drainanschluß eines Feldeffekttransistors T5 verbunden ist. Der Drainanschluß des Transistors Tg ist außerdem mit dem Gateanschluß des Transistors T1 mittels eines Widerstands R1 verbunden. Sein Sourceanschluß ist mit dem Pol der Batterie E3 verbunden. Sein Gateanschluß empfängt eine Steuerspannung mit zwei Werten, von welchen der eine den Transistor T5 sperrt und der andere ihn leitend macht.The source connection of the transistor T 2 is connected to the drain connection of a field effect transistor T 4 , whose source connection is connected to the gate connection of the transistor T 1 and whose gate connection is connected to the drain connection of a field effect transistor T 5 . The drain connection of the transistor T g is also connected to the gate connection of the transistor T 1 by means of a resistor R 1 . Its source connection is connected to the pole of the battery E 3 . Its gate terminal receives a control voltage with two values, one of which blocks transistor T 5 and the other makes it conductive.
In diesem Ausführungsbeispiel, welches nicht als Einschränkung zu verstehen ist, sind sämtliche Transistoren Verarmungs-Peldeffekttransistoren, die einen N-leitenden Kanal besitzen. Die Eingangsspannung ändert sich zwischen -2 V und +2 V. Die Batterie E2 liefert 6 Volt, die Batterie E3 liefert -6 Volt. Die an den Gateanschluß des Transistors T1. angelegten Spannungswerte betragen -6 V (Wert 1) bzw. -8 V (Wert 0). .In this exemplary embodiment, which is not to be understood as a limitation, all of the transistors are depletion-type pelde-effect transistors which have an N-conducting channel. The input voltage changes between -2 V and +2 V. The battery E 2 supplies 6 volts, the battery E 3 supplies -6 volts. The to the gate terminal of the transistor T 1 . applied voltage values are -6 V (value 1) or -8 V (value 0). .
Der Transistor T5 ist folglich für den Wert 1 (Vgs = 0) leitend und so berechnet, daß er bei dem Wert 0 (Vgs=-2Volt) gesperrt ist.The transistor T 5 is consequently conductive for the value 1 (Vgs = 0) and is calculated in such a way that it is blocked at the value 0 (Vgs = -2Volt).
Das System arbeitet folgendermaßen:The system works as follows:
a) Der Transistor T5 ist gesperrt (Wert 0). In dem 4Q9848/1002a) The transistor T 5 is blocked (value 0). In the 4Q9848 / 1002
Widerstand R1 fließt kein Strom und die Potentialdifferenz Vgs des Transistors T ist Null. Er ist deshalb leitend. Das Sourcepotential des.Transistors T-ι der als Spannungsfolger für die Spannung V5 geschaltet ist, ist im wesentlichen gleich dem Sourcepotential des Transistors T4. Da diese Spannung mittels des Transistors T4 zu dem Gateanschluß des Transistors T1 zurückgeführt ist, ist der Transistor T. folglich leitend. Die Spannung V_ ist deshalb im wesentlichen gleich der Exngangsspannung V .Resistor R 1 no current flows and the potential difference Vgs of transistor T is zero. It is therefore a leader. The source potential of the transistor T- ι connected as a voltage follower for the voltage V 5 is essentially equal to the source potential of the transistor T 4 . Since this voltage is fed back to the gate connection of the transistor T 1 by means of the transistor T 4 , the transistor T. is consequently conductive. The voltage V_ is therefore essentially equal to the output voltage V.
b) Der Transistor T5 ist leitend. Die Spannung V, dieses Transistors liegt folglich in der Nähe von -6 Volt.b) The transistor T 5 is conductive. The voltage V, of this transistor is consequently in the vicinity of -6 volts.
In dem Widerstand R1 fließt ein Strom, was zur Folge hat, daß eine positive Potentialdifferenz zwischen dem Gateanschluß des Transistors T. (dessen Potential im wesentlichen gleich -6 Volt ist) und dem Sourceanschluß dieses Transistors ausgebildet wird, dessen Potential gleich (-6 Volt +R1 i) ist, wobei i der in diesem Widerstand fließende Strom ist.A current flows in the resistor R 1 , with the result that a positive potential difference is formed between the gate terminal of the transistor T. (whose potential is essentially equal to -6 volts) and the source terminal of this transistor, whose potential is equal to (-6 Volt + R 1 i), where i is the current flowing in this resistor.
Dieser Transistor hat folglich das Bestreben, sich unter Aufrechterhaltung einer bestimmten Leitfähigkeit zu sperren. Der Gateanschluß des Transistors T1 liegt auf einem Potential von (-6 Volt + R-, i) , d.h. in der Größenordnung von -4 Volt.This transistor consequently tends to block itself while maintaining a certain conductivity. The gate terminal of the transistor T 1 is at a potential of (-6 volts + R-, i), ie on the order of -4 volts.
Da seine minimale Sourcespannung gleich -2 Volt und seine maximale Sourcespannung gleich +2 Volt beträgt, ist er folglich ebenfalls gesperrt.Since its minimum source voltage is -2 volts and its maximum source voltage is +2 volts, it is therefore also blocked.
Es ist zu bemerken, daß in dieser Konfiguration die Gate-Drain-Kapazität des Transistors T1 über den Widerstand R1 und den Transistor T5, der leitend ist, entladen wird.It should be noted that in this configuration the gate-drain capacitance of the transistor T 1 is discharged through the resistor R 1 and the transistor T 5 , which is conductive.
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Eine integrierte Schaltung, die in der Nanoelektroniktechnik ausgeführt und mit den vorgenannten Daten verwirklicht ist, hat eine Ansprechzeit von einigen Nanosekunden- und der Absolutwert VE - Vg ist kleiner als 40 Millivolt.An integrated circuit that is designed in nanoelectronic technology and implemented with the aforementioned data has a response time of a few nanoseconds and the absolute value V E - V g is less than 40 millivolts.
Fig. 3 zeigt eine Integrationsart der Schaltung von Fig. 2, wobei in Fig. 3 die Bezugszeichen die gleichen Teile bezeichnen. Das Substrat ist vom Typ P+, die Kanäle sind vom N-Typ und die Sourcezonen und Drainzonen vom Typ N+. Die ohmschen Kontakte sind vom Typ N+. Die Source-, Gate- und Drainzonen jedes Transistors sind mit einem Index versehen, der den entsprechenden Transistor angibt. Der Transistor T1, von welchem die Sourcezone S1, die Gatezone G1 - und die Drainzone D1 sichtbar sind, hat eine U-Form.Fig. 3 shows one type of integration of the circuit of Fig. 2, wherein in Fig. 3 the reference numerals denote the same parts. The substrate is of the P + type, the channels are of the N-type and the source zones and drain zones of the N + type. The ohmic contacts are of the N + type. The source, gate and drain regions of each transistor are provided with an index which indicates the corresponding transistor. The transistor T 1 , of which the source zone S 1 , the gate zone G 1 - and the drain zone D 1 are visible, has a U-shape.
Die ausgezogenen Linien zeigen die Konturen der Metallisierungen., die strichpunktierten Linien die Konturen der Sourcezonen und der Drainzonen (N+ dotierte Zonen), die langen Striche die Konturen der Gatezonen (P+ dotierte Zonen); die Kanäle, die sich unter den Gatezonen erstrecken', sind durch Folgen von Strichen dargestellt, die durch drei Punkte getrennt sind. Die kurzen Striche zeigen die Konturen der N-dotierten Zonen, die epitaktisch auf das P-leitende Substrat aufgebracht sind. In der Darstellung sind Drainzone und Sourcezone des Transistors T1 umgekehrt worden. Die Drainzone D1 verlängert sich unter eine Metallisierung, die einen Kontakt bildet und die Spannung V"E empfängt. Die Sourcezone S1 erstreckt sich unter eine Metallisierung die die Spannung Vc liefert. Der Gateanschluß G2 ist mit dem Sourceanschluß S1 verbunden. Die Elektroden D4, D3.und. D- sind ebenso wie die Sourcezonen S3 und S5 durch dieselbe Diffusion gebildet. Die Gateelektrode G3 und die Sourceelektrode S3 sind durch dieselbe Metallisierung verbunden. Der Widerstand R1 The solid lines show the contours of the metallizations, the dash-dotted lines the contours of the source zones and drain zones (N + doped zones), the long lines the contours of the gate zones (P + doped zones); the channels that extend under the gate zones are represented by a series of lines separated by three dots. The short lines show the contours of the N-doped zones that are epitaxially applied to the P-conducting substrate. In the illustration, the drain zone and source zone of the transistor T 1 have been reversed. The drain zone D 1 extends under a metallization which forms a contact and receives the voltage V "E. The source zone S 1 extends under a metallization which supplies the voltage V c . The gate connection G2 is connected to the source connection S 1 Electrodes D 4 , D 3, and D- are formed by the same diffusion, like the source zones S 3 and S 5. The gate electrode G 3 and the source electrode S 3 are connected by the same metallization. The resistor R 1
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ist eine N-dotierte Zone. In Fig. 3 bezeichnen die Buchstaben M, SD, C, G und N die Metallisierungen M bzw. die Sourcezonen S und die Drainzonen D bzw. die Kanäle C bzw. die.Gatezonen G bzw. die Schichten N.is an N-doped zone. In Fig. 3 denote the Letters M, SD, C, G and N denote the metallizations M or the source zones S and the drain zones D or the channels C or the gate zones G or the layers N.
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- 1974-05-07 GB GB2016774A patent/GB1464436A/en not_active Expired
- 1974-05-07 DE DE2421988A patent/DE2421988C2/en not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NICHTS-ERMITTELT * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE2421988C2 (en) | 1982-09-09 |
| GB1464436A (en) | 1977-02-16 |
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